空冷設(shè)備溫度場在線監(jiān)控系統(tǒng)

一、項目背景

隨著我國用電需求大幅度增長的需要，近年建設(shè)了許多大型火力發(fā)電廠，并且采用了高參數(shù)大容量的機(jī)組。為了應(yīng)對北方嚴(yán)重缺水的局面，許多大機(jī)組都采用了直接空氣冷卻的凝汽器，我們通常簡稱為“空冷凝汽器”。空冷凝汽器的運行與濕冷塔的濕冷系統(tǒng)相比有很大的不同，在經(jīng)濟(jì)性、安全性方面都有特別的要求，并且對汽輪機(jī)的運行也造成很大的影響。因此，能夠?qū)χ苯涌绽湎到y(tǒng)進(jìn)行大面積溫度場的在線監(jiān)測，能夠很好的分析空冷系統(tǒng)的特性以及對汽輪機(jī)的影響，是保證機(jī)組穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)、安全運行的有效的輔助手段。

空冷系統(tǒng)分類

直接空冷系統(tǒng)（系統(tǒng)亦稱為ACC系統(tǒng)）和間接空冷系統(tǒng)。間接空冷系統(tǒng)指混合式凝汽器的間接空冷系統(tǒng)（海勒式間接空冷系統(tǒng)）和具有表面式凝汽器間接空冷系統(tǒng)（哈蒙式間接空冷系統(tǒng)）及其它。

1、直接空冷系統(tǒng)（系統(tǒng)亦稱為ACC系統(tǒng)）——系利用機(jī)械通風(fēng)使汽輪機(jī)排汽直接在翅片管式空冷凝汽器中凝結(jié)，一般由大管徑排汽管道、空冷凝汽器、軸流冷卻風(fēng)機(jī)和凝結(jié)水泵等組成；

2、帶表面式凝汽器的間接空冷系統(tǒng)——亦稱哈蒙系統(tǒng)，由表面式凝汽器、空冷散熱器、循環(huán)水泵以及充氮保護(hù)系統(tǒng)、循環(huán)水補(bǔ)充水系統(tǒng)、散熱器清洗等系統(tǒng)與空冷塔構(gòu)成。該系統(tǒng)與常規(guī)的濕冷系統(tǒng)基本相仿，不同之處是用空冷塔代替濕冷塔，用密閉式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)代替敞開式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)，循環(huán)水采用除鹽水。

空冷機(jī)組容易出現(xiàn)的問題

不論是直接空冷系統(tǒng)（系統(tǒng)亦稱為ACC系統(tǒng)）還是間接空冷系統(tǒng)，在實際使用中，隨著環(huán)境的變化，都會有著一些的問題，大概歸結(jié)有如下幾點：

1 、空冷凝汽器的防凍

2 、大風(fēng)影響

3 、熱風(fēng)再回流

4 、空冷凝汽器表面積灰

二、空冷設(shè)備溫度場在線監(jiān)測系統(tǒng)的作用

1、實現(xiàn)防凍預(yù)警

①空冷系統(tǒng)冬季防凍是空冷機(jī)組冬季運行的一個很重要的問題，空冷管束內(nèi)結(jié)冰，不但容易凍壞空冷翅片管，造成泄漏，更嚴(yán)重的是危及汽輪機(jī)的安全運行。

②空冷系統(tǒng)容易產(chǎn)生結(jié)冰的部位是順流換熱管束的下部和逆流換熱管束的上部。特別是三排管繞片管束，更容易出現(xiàn)凍結(jié)現(xiàn)象。

③造成空冷散熱器結(jié)冰的主要原因是，進(jìn)入空冷系統(tǒng)蒸汽流量太小，散熱負(fù)荷太低，即使風(fēng)機(jī)全部停運采用自然通風(fēng)的方式，也不能避免局部出現(xiàn)低溫。

④造成空冷散熱器結(jié)冰的另一個原因是，自然通風(fēng)的方式下，很容易造成空冷島空氣的流動不均勻，因此局部過冷就會造成管束局部結(jié)冰。

⑤利用空冷系統(tǒng)溫度場監(jiān)測裝置，通過監(jiān)測全空冷島的溫度場，幫助判斷空氣側(cè)流動的不均勻性，造成局部過冷的情況。

⑥通過監(jiān)測溫度場，幫助判斷蒸汽側(cè)在小流量情況下流量分配不均造成局部過冷的情況。

⑦當(dāng)環(huán)境空氣溫度低于0℃后，通過監(jiān)測散熱管束出口空氣溫度，間接判斷管束內(nèi)部的散熱狀態(tài)，可以達(dá)到幫助判斷管束內(nèi)是否結(jié)冰的可能性。

⑧結(jié)合背壓、凝結(jié)水溫度、過冷度等數(shù)據(jù)，對散熱器管束出口熱空氣的低溫度作出規(guī)定，并與凝結(jié)水溫度作關(guān)聯(lián)，可以實現(xiàn)空冷系統(tǒng)防凍預(yù)警，在空冷管束凍結(jié)前采取相應(yīng)的防凍措施。

2、監(jiān)測熱風(fēng)回流現(xiàn)象

①空冷島受自然風(fēng)影響流場容易發(fā)生混亂，經(jīng)空冷系統(tǒng)加熱過的空氣又回到空冷系統(tǒng)入口被空冷風(fēng)機(jī)重新吸入，發(fā)生熱風(fēng)回流現(xiàn)象。

②通過監(jiān)測空冷散熱器入口空氣溫度，可以幫助判斷發(fā)生熱回流的程度，并計算熱回流率。

③通過監(jiān)測空冷溫度場判斷熱回流現(xiàn)象發(fā)生時，在熱回流影響到汽輪機(jī)之前操作人員及時做出反應(yīng)，進(jìn)行預(yù)知性調(diào)節(jié)，避免停機(jī)、停爐或甩負(fù)荷。

3、監(jiān)測空冷散熱管束積灰污染情況，指導(dǎo)清洗操作

空冷散熱器容易積灰，影響換熱效果。空冷系統(tǒng)夏季對積灰污染等影響非常敏感，通過溫度場監(jiān)測制定合理的高壓沖洗方案，評價沖洗效果，評價散熱器局部和整體潔凈程度。

4、優(yōu)化空冷運行

①空冷凝汽器和濕冷凝汽器一樣，也存在端差、空氣溫升等評價空冷凝汽器運行的小指標(biāo)。但是由于測量的困難，當(dāng)前不對空冷凝汽器端差進(jìn)行考核，這是目前空冷系統(tǒng)運行管理的一個盲點，不利于節(jié)能。利用空冷溫度場監(jiān)測裝置，可以彌補(bǔ)這一缺陷。

②空冷系統(tǒng)龐大，空氣流動場和蒸汽側(cè)流量分配都容易造成不均勻，通過監(jiān)測空冷系統(tǒng)溫度場，為運行人員調(diào)節(jié)提供必要的依據(jù)，可以在保證機(jī)組安全運行的前提下，大限度地降低背壓，提高真空，實現(xiàn)節(jié)能降耗，優(yōu)化空冷運行的目的。

三、公司簡介

公司簡介：多年來，我公司一直從事著物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)、遠(yuǎn)程測控系統(tǒng)的研發(fā)生產(chǎn)銷售，公司始終堅持質(zhì)量，服務(wù)至上的企業(yè)宗旨，把質(zhì)量信譽(yù)和客戶滿意當(dāng)作全體員工的精神追求。
公司主要產(chǎn)品：糧情測控系統(tǒng)、遠(yuǎn)程溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)、空冷塔、空冷島溫度場在線監(jiān)測系統(tǒng)、水產(chǎn)養(yǎng)殖物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)、檔案室恒溫恒濕監(jiān)控系統(tǒng)、水產(chǎn)養(yǎng)殖物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)、煤堆煤層溫度測控系統(tǒng)等。

四、空冷溫度場在線監(jiān)測系統(tǒng)概述

空冷島的散熱片溫度監(jiān)測由于測量組件的安裝、供電、網(wǎng)絡(luò)通信連接等難題一直困擾著眾多電廠和空冷島生產(chǎn)廠家。在尋求解決方案的過程中，無線測溫初被確認(rèn)為一種方案，但由于無線測溫的不穩(wěn)定性及供電時間受限（至多半年）的致命缺陷，該方案經(jīng)過眾多專家的論證被否定了。

針對這一難題，我公司積極探索，在有線和無線之間尋求一種*平衡，開發(fā)的溫度采集器，很好地解決了空冷島溫度場的監(jiān)視實施方案。

溫度采集器的測溫傳感器采用總線方式，傳感器不需要現(xiàn)場焊接，不破壞原有結(jié)構(gòu)，集成在一條總線上，緊貼測量面，解決了安裝難題。每條傳感器總線集成1-64個溫度傳感器，總線采用防水、防腐設(shè)計，能抗強(qiáng)紫外線長期照射，安裝使用方便。溫度采集器供電采用24VDC總線供電方式，通信接口采用RS485總線。溫度采集器把采集到的溫度數(shù)據(jù)可以通過RS485總線傳輸給中繼器，或直接給軟件系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。

空冷凝汽器溫度場在線監(jiān)測裝置是通過特制的測溫電纜在線測量每個空冷單元進(jìn)、出口空氣溫度，通過前置器、總線電纜將溫度數(shù)據(jù)上傳至上位機(jī)，由各個空冷單元進(jìn)、出口空氣實時溫度組成整個空冷單元機(jī)組的實時溫度場，通過上位機(jī)軟件對實時溫度場數(shù)據(jù)的分析、處理，預(yù)防空冷散熱器被凍，優(yōu)化空冷機(jī)組背壓調(diào)節(jié)，判斷空冷散熱器積灰污染程度，提前預(yù)知熱風(fēng)回流的發(fā)生并計算回流率的大小，節(jié)約運行成本，提高空冷運行的安全性和經(jīng)濟(jì)性。

1、空冷溫度場在線監(jiān)控系統(tǒng)方案、配置與性能

①、空冷島溫度場組網(wǎng)方案

空冷凝汽器溫度場在線監(jiān)測裝置是通過特制的測溫電纜在線測量每個空冷單元進(jìn)、出口空氣溫度，通過前置器、總線電纜將溫度數(shù)據(jù)上傳至上位機(jī)，由各個空冷單元進(jìn)、出口空氣實時溫度組成整個空冷單元機(jī)組的實時溫度場，通過上位機(jī)軟件對實時溫度場數(shù)據(jù)的分析、處理，預(yù)防空冷散熱器被凍，優(yōu)化空冷機(jī)組背壓調(diào)節(jié)，判斷空冷散熱器積灰污染程度，提前預(yù)知熱風(fēng)回流的發(fā)生并計算回流率的大小，節(jié)約運行成本，提高空冷運行的安全性和經(jīng)濟(jì)性。

在整個空冷溫度場在線監(jiān)控系統(tǒng)中，現(xiàn)場測點的布置是個關(guān)鍵性問題。我們既要考慮測點分布的覆蓋面，又要考慮測點分布的安全性，同時也要考慮施工的便利。測點覆蓋面不廣，無法檢測漏點，整個測溫系統(tǒng)的價值無從考慮；同一個側(cè)面逆流部分比較容易受凍，逆流部分測點的要相對集中。一根測溫電纜上測點太集中，一旦有故障，系統(tǒng)安全無法保障。測點分布不合理，施工也會帶來不便。

a、總則

考慮到逆流管束和順流管束的流動情況，主要在A型塔散熱器外側(cè)上、下布置溫度測點。溫度測點要有一定的密度，以保證容易結(jié)冰的區(qū)域能夠?qū)崿F(xiàn)安全準(zhǔn)確的監(jiān)測目標(biāo)。綜合其他廠發(fā)生過空冷管束結(jié)冰現(xiàn)象的事實和運行人員的反映，空冷管束結(jié)冰往往只發(fā)生在幾個管束上，所以監(jiān)測的溫度測點應(yīng)保證一定密度，并盡量覆蓋到所有管束。

b、系統(tǒng)的安裝及與軟件通訊

系統(tǒng)的安裝包括采集器、通訊線、電源線、主機(jī)、電源等。空冷島上需提供220V電源，經(jīng)轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換成安全電源向采集器供電。主控計算機(jī)可以安放在電子間，所有溫度數(shù)據(jù)可以通過 RS485接口，MODBUS RTU的通訊方式送入到軟件中。監(jiān)測軟件能顯示并存儲數(shù)據(jù)，顯示歷史趨勢，還能滿足許多用戶特定的需求。下圖為軟件界面：

②、設(shè)備技術(shù)參數(shù)

A. 總線傳感器電纜技術(shù)指標(biāo):

長度：可定制

溫度傳感器數(shù)：       1-64個/根

溫度傳感器分布：    每個溫度傳感器平均分布于電纜上，總線長度可達(dá)150米左右.

通信接口：           內(nèi)部總線

通訊總線長度：       長可達(dá)100米

防護(hù)等級：           IP67

工作溫度：           -50～+100℃

B. 溫度采集器技術(shù)指標(biāo):

溫度測量范圍：          -50～+100℃

濕度測量范圍：          0%～99%RH

溫 度 分辨率：          0.1℃

溫度測量精度：          ±0.5℃

濕度測量精度：          ±2%RH

通 信 接  口：           RS-485（冗余）

工 作 電  壓：           9-36VDC

通 信 距  離：           1.2 km

功 率 消  耗：           < 1W

工 作 溫  度：           -40～85℃

工 作 濕  度：           35～85%（不結(jié)露）

防 護(hù) 等  級：           可達(dá)IP66

C. 保護(hù)箱技術(shù)指標(biāo)：

外殼：               不銹鋼

防護(hù)等級：           IP66

D．風(fēng)向、風(fēng)速傳感器

風(fēng)向測量范圍：       0-359.9º（*）  

風(fēng)向分辨率：         0.1º

風(fēng)向測量精度：       ±3 º

風(fēng)速測量范圍：       0-60m/s

風(fēng)速分辨率：         0.01m/s

風(fēng)速測量精度：       ±(0.3+0.03V)m/s

2、實例分析

***熱電有限公司#2機(jī)組均安裝了空冷凝汽器溫度場在線監(jiān)測系統(tǒng)。參見附圖中抓取的#2機(jī)部分界面和現(xiàn)場安裝圖片，顯示界面數(shù)據(jù)反映了實際作用及效果。界面數(shù)據(jù)說明：

①環(huán)境溫度為0.72℃時，在逆流管束上部明顯出現(xiàn)了低溫，并且出現(xiàn)局部低于零度現(xiàn)象。由于環(huán)境溫度測點安裝的位置并不在空冷島上，因此環(huán)境測點溫度和實際空冷島的溫度有差別，環(huán)境溫度測點不能代表空冷島上的低溫度。知道了冷凝汽器的實時溫度，對設(shè)備的健康診斷和優(yōu)化運行提供了必要條件。

②在左側(cè)逆流段管束從下到上存在0.94℃、0.38℃、-0.06℃和2.0℃、0.19℃、0.06℃的局部翅片管低溫區(qū)域，如果環(huán)境溫度進(jìn)一步降低，有凍結(jié)的危險。運行人員通過數(shù)據(jù)變化趨勢可提前采取積極的防凍措施。

③抽空氣管上的溫度為31.63℃，是逆流段抽空氣管道的總平均溫度，不能反映翅片管束局部換熱情況。在上部的順流管束區(qū)域，也出現(xiàn)了局部溫度降低較大的現(xiàn)象。運行人員通過實時數(shù)據(jù)可判斷積灰程度，適時沖洗，實現(xiàn)節(jié)能、節(jié)水。

五、客戶使用空冷島溫度場在線監(jiān)測系統(tǒng)后的效果

1、能夠讓工作人員更直觀的以數(shù)據(jù)方式，了解空冷設(shè)備各項運行數(shù)據(jù)，以及空冷設(shè)備周圍自然環(huán)境數(shù)據(jù)。

2、通過溫度數(shù)據(jù)變化，有效的降低了換熱管束凍結(jié)的風(fēng)險，預(yù)防了積灰導(dǎo)致的散熱不均，排除了因清洗過頻造成的工作量大的問題，從而節(jié)約了勞動力和大量水資源。

3、對工作人員進(jìn)行熱風(fēng)回流提醒，幫助工作人員進(jìn)行預(yù)知性調(diào)節(jié)，避免停機(jī)、停爐或甩負(fù)荷。

4、通過換熱管束頂端和低端的溫度對比和環(huán)境溫度，可以明確地判斷出，是否需要開啟軸流冷卻風(fēng)機(jī)，從而可以節(jié)約電資源。

六、目前部分已使用該系統(tǒng)的電廠

和豐煤電公司#1機(jī)組

山西省大唐云岡熱電有限公司1#、#2機(jī)組

山西神頭發(fā)電責(zé)任公司

山西大同市大唐云岡熱電有限責(zé)任公司

華電寧夏靈武電廠

新疆東方希望有色金屬有限公司新塑電廠

陜西國華錦界煤電

華電重工股份有限公司

中國神華工程有限公司